JP3688762B2 - 鏡面反射性に優れたチタンあるいはステンレス鋼からなる建築用薄板製造用冷間圧延ロールの鏡面反射性管理方法およびその建築用薄板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用純チタンもしくはステンレス鋼からなる建築用冷延薄板製造用冷間圧延ロールの鏡面反射性管理方法およびその建築用薄板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公民館、体育館、展示場、モニュメント、オフィスビルなどの大型建築物や大型娯楽施設の壁面及び内装板に意匠性、景観性を重視してステンレス鋼板やチタン板が多用されつつある。電子部品や精密印刷用ドラム材料用素材として、又、従来からの用途である家庭用及び業務用厨房機器、石油ストーブの反射板、温水ヒーターパネル用素材として鏡面反射性に優れたステンレス鋼板やチタン板のニーズも高まりつつある。
【０００３】
しかし、これらを用いた建築構造物を建設してみると設計段階で考えていた程には太陽光線や室内照明の反射の具合が不十分でデザイナーの意図が十分に生かされない例や電子部品や精密印刷用ドラム等における食刻不良や熱反射不足（反射板）が起きる場合がある。
【０００４】
これらの問題を解決するには鏡の様に表面の凹凸の少ない鏡面反射特性の優れた材料を用意すれば良いが、逆に外観がケバケバしくなったり過剰品質などの弊害が発生する。デザインの多様性のためには鏡面反射特性の異なる材料を種々用意しておくことも必要である。鏡面反射特性を変化させるには材料表面に光を反射する物質を塗布もしくは接着するか或いは表面に種々の方法で材料表面自体の微妙な凹凸を少なくして光を鏡面反射させる必要があった。しかし前者では素材の持つ色調や質感が生かせず、かつ塗布したり接着した物質の耐久性や界面剥離の問題があった。また後者では製造時に材料表面の凹凸を制御して鏡面性を増やす必要があった。例えば、ステンレス鋼板やチタン板では冷間圧延時に凹凸の少ない圧延ロールで繰り返し圧延することによりこれを行なってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の様な方法では好ましい鏡面反射性能を持つ材料を設計し、また製造する上で物理的に拠り所とするものがなかった。
従来、ステンレス鋼やチタンの冷延薄板を製造するときには、冷延に用いるロールの研削・研磨時に研磨砥石の番手調整を行い、仕上がったロール表面の粗度を制御することによってこれを用いて冷延した製品の鏡面反射性を管理しようとしてきた。冷延されたステンレス鋼あるいは純チタンの表面性状は基本的には冷延前素材の上に冷延ロールの表面性状が転写されたものと考えられるが、薄板、例えば板厚にして０．３〜０．７mmの場合には圧倒的に後者の影響を受ける。
【０００６】
ここで表面性状とは従来広く一般に用いられている各種の粗度や表面の微細な凸凹の深さ、大きさ、分布形態などを指すが、これらを以てしても今日、完全に物理的な定量は行われていないのが現状である。更に、たとえ、これらが定量化されても鏡面反射性はこれらの特性値の複雑な関数である。したがって、冷延されたステンレス鋼あるいは純チタンの鏡面反射性は単一のパラメーター、例えば、粗度などでは簡単に表示できない特性であり、しかもある種の鏡面反射性を製品に作り込むには冷延時に用いる冷延ロールの鏡面反射性そのものを正しく評価し管理しておく必要がある。
【０００７】
本発明は、冷間圧延前の素材の鏡面反射指数、冷間圧延率および冷間圧延ロールの鏡面反射指数を関連付けることで、鏡面反射性に優れた建築用チタンあるいはステンレス鋼からなる建築用薄板を製造用冷間圧延ロールの鏡面反射性管理方法を提供し、さらには、その冷間圧延用ロールを用いた、表面の鏡面反射指数が３０超の鏡面反射性に優れたチタンあるいはステンレス鋼からなる建築用薄板の製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従来は上記の様な薄板を製造する場合、それらの用途が鏡面反射性を必要とするときでも冷延に用いるロールの表面が有している鏡面反射性を評価することはなく、ロール表面の軸方向及び周方向の粗度を指標として品質管理を行なってきた。本発明者はロールそのものの鏡面反射性の評価と管理が重要であるとの認識に立ち検討を行なってきた。先ず、従来は鏡面反射性をＪＩＳＺ8741で規定されている鏡面光沢度で評価する場合が多かったが、実際に材料の表面で起こっている反射光の強度分布は理想的鏡面反射角度の周りに三次元の空間的広がりをもって分布しており従来の方法ではこれを正しく評価することはできなかった。
【０００９】
Phong(Comm．ＡＣＭ，18(6),June1975）によれば、入射角をθｉ、反射角をθｒとした時の反射方向の反射光の強度Ｉｒ（θｒ，θｉ）と入射方向の入射光のエネルギーＥi （θｉ）の比ρは次式で拡散反射エネルギー成分Ｋ_diffuse と鏡面反射エネルギー成分Ｋ_specular、鏡面反射方向と受光器の視線方向のなす角φ、Phong の鏡面反射指数ｎで表わされる。

【００１０】
ＪＩＳＺ8741で規定されている鏡面光沢度測定法では基本的に正反射位置（θｒ＝θｉ）に受光器を置いている。即ち、φ＝０を前提としているのでρ（θｒ，θｉ）＝Ｋ_diffuse ＋Ｋ_specularとなっている。一般に表面の凹凸により乱反射が多ければ拡散反射成分Ｋ_diffuse が増え、表面が滑らかな程、鏡面反射成分Ｋ_specularは多くなる。従来の鏡面光沢度測定ではこれらの成分の正反射位置（θｒ＝θｉ）における和を求めているだけであり鏡面反射光の三次元的広がりを無視している。
（１）式のｎは変角式分光色彩計で受光側の検出器を正反射位置（θｒ＝θｉ）近傍で走査することにより求めることが出来る。この鏡面反射指数が大きいほど反射は正反射角度付近に集中するので鏡面反射の程度が激しくなる。一方、この値が小さいほど鏡面反射は鈍く反射光線に鋭さがなくなる。このように鏡面反射指数ｎという物理量を用いて鏡面反射性を定義できる。本発明では、工業的な簡便性を考慮して鏡面反射指数ｎをφｉ＝４５゜に固定した時の値として用いる。
【００１１】
このように鏡面反射性を鏡面反射指数で表わしたとしても人間が快適に感じる鏡面反射性の限界を決めることは出来ない。そこで、種々の色調と鏡面反射指数を持つ各種の金属薄板（例えば、ステンレス鋼、チタン、アルミ、トタン、ブリキ、塗装鋼板など）を用意し鏡面反射性材料として認められる限界を室内照明下、屋外で調べたところ鏡面反射指数ｎ＞３０であることが鏡面反射性材料としての必要条件であることを見いだした。
【００１２】
冷延によって製造された材料の表面は基本的に冷延ロール表面が転写されたものであるのでその鏡面反射指数は冷延率を上げていくに従い冷延ロールのそれに近づいていく。冷延後或いは冷延途中で、無酸化雰囲気炉中でのいわゆる光輝焼鈍や真空焼鈍を経ても転写された鏡面反射指数は保存されている。更に、引き続き軽度の酸洗を行なう場合もかなりの程度で保存されている。一方、大気焼鈍後に酸洗を行なう場合は冷延板に転写された鏡面反射指数の殆どは失われてしまうので最終工程で行なうスキンパス圧延時にロールの鏡面反射指数を制御してこれを材料表面に転写する。
【００１３】
本発明者はショットブラスト、グリッドブラスト、サンドブラスト、サンドペーパー、砥石研削、バフ研磨、酸洗などを用いて冷間圧延ロールおよびステンレス鋼あるいは純チタンの冷間圧延素材の鏡面反射指数ｎ_R 、ｎ_i を変化させ、それらを組み合わせて用いて冷間圧延し冷間圧延率Ｒ（％）と冷間圧延後の板の表面の鏡面反射指数の関係を調査した。これらの結果から冷延後の板の鏡面反射指数を３０超にするために必要な冷間ロールの鏡面反射指数ｎ_R と冷間圧延率Ｒ（％）の関係を求めたものが（２）式である。即ち、冷延後の板の鏡面反射指数を３０より大きくするためには冷間圧延素材の鏡面反射指数ｎ_i と冷間圧延率Ｒ（％）によって決まる値を超える鏡面反射指数ｎ_R を有する冷間圧延ロールで圧延しなければならない。なお、冷延板の鏡面反射指数は冷延ロールのそれを転写したものであるので冷延素材の種類に依る差は認められなかった。従って、本発明はチタン及びステンレス薄板の製造に限らず広く一般の金属の鏡面反射特性を制御する際にも適用できる。
【数１】

【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。
【００１５】
【実施例１】
フェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０の熱延板（板厚３．８ミリ）を焼鈍後、ショットブラスト処理と酸洗を行なった素材で鏡面反射指数が４．０のものを種々の鏡面反射指数を持つ冷延ロールを用いて冷延し冷延率（（冷延前板厚−冷延後板厚）／冷延前板厚×１００）を０〜９５％まで中間焼鈍なしで変化させた。用いた圧延機は４段圧延機で１００φのワークロールで圧延油はニート油を用いた。圧延は切り板を用いて冷間圧延率を１パス当たり約３〜１０％で行ない、その都度冷延板の鏡面反射指数を測定した。その結果を図１に示した。図中で●印は冷延後の板の鏡面反射指数が３０を超えており、×印は３０以下であることを示している。図中の曲線は（２）式によるものである。素材の鏡面反射指数は４．０と低いものの鏡面反射指数の大きい冷延ロールで冷延を行なっていくと次第に冷延板の鏡面反射指数が増加し、たとえば、冷延ロールの鏡面反射指数が４０の場合は冷延率が２０％では冷延板の鏡面反射指数は不足しているが冷延率が３０％になると３０を超える様になる。
【００１６】
このように冷延素材とそれを冷延するロールの鏡面反射指数、及び冷延率を選ぶことによって鏡面反射性を好ましい範囲内に制御して冷延板を製造することができる。なお、上記の冷延板を更に、アンモニア分解ガスを用いた光輝焼鈍炉中で焼鈍を行なったが若干の色調の変化はあるものの鏡面反射指数には変化が認められなかった。
【００１７】
【実施例２】
工業用純チタンの熱延板（板厚４．０ミリ）を焼鈍後、ショットブラスト処理後酸洗を行なった素材で鏡面反射指数が２７．１のものを種々の鏡面反射指数を持つ冷延ロールを用いて冷延し冷延率を０〜９０％まで中間焼鈍なしで変化させた場合の冷延板についての結果を図２に示した。冷延条件に付いては実施例１と同じで行った。
【００１８】
【実施例３】
工業用純チタンの熱延板（板厚４．０ミリ）を焼鈍後、ショットブラスト処理を行なった素材を冷延率５０％まで冷延した板を、大気焼鈍、ソルト処理、酸洗処理およびスキンパス圧延を行なって軟化させた鏡面反射指数が３６．６のものを更に冷延し冷延率を０〜９０％まで変化させた。冷延条件に付いては実施例１と同じで行なった。図３はその結果である。この場合、素材の鏡面反射指数がかなり大きいため、鏡面反射指数が小さい冷延ロールを用いる場合、ある冷延率未満の冷延を行なう必要があることを示している。なお、上記の冷延板を更に、真空焼鈍炉中で焼鈍を行なったが若干の色調の変化はあるものの鏡面反射指数には変化がなかった。
【００１９】
【実施例４】
オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４の冷延板（板厚２ミリ）を焼鈍後、酸洗し更に鏡面研磨を行なって作成した鏡面反射指数が８１．４の素材を種々の鏡面反射指数を持つ冷延ロールを用いて冷延率を０〜９５％まで中間焼鈍なしで冷延した。最後に、アンモニア分解ガスを用いた光輝焼鈍炉中で焼鈍を行なった。その結果を図４に示した。図中の曲線は（２）式によるものである。
【００２０】
【実施例５】
工業用純チタンの冷延板（板厚２．０ミリ）を焼鈍酸洗後、鏡面反射指数が高いロールで冷延率５０％まで冷延し、真空焼鈍を行なって軟化させた鏡面反射指数が２１８．２のものを更に冷延し冷延率を０〜９０％まで変化させた。冷延条件に付いては実施例１と同じで行った。図５はその結果である。この場合、素材の鏡面反射指数が大きいため、鏡面反射指数が小さい冷延ロールを用いる場合、ある冷延率未満の冷延を行なう必要がある。なお、上記の冷延板を更に、真空焼鈍炉中で焼鈍を行なったが若干の色調の変化はあるものの鏡面反射指数には変化がなかった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、今後益々需要増加が見込まれる鏡面反射性を有する建築材料としてのチタンあるいはステンレス鋼薄板を製造するに当たってその鏡面反射性を制御するため、冷間圧延前の素材、冷間圧延ロールの防眩性及び冷間圧延率の関係を明らかにすることによって、当該製品の品質向上、意匠性、生産効率及び歩留りを向上させる経済的な効果が大きく、また、上記以外の材料の鏡面反射性制御にもその技術思想を適用できること等からその工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】鏡面反射指数が４．０のフェライト系ステンレス鋼板を冷間圧延ロールの鏡面反射指数と冷間圧延率を変化させて冷延したときの冷延板の鏡面反射指数の結果を示す。（●印は冷延後の板の鏡面反射指数が３０超で×印は３０以下であることを示している。以下の図において同じ。）
【図２】鏡面反射指数が２７．１の工業用純チタン板を冷間圧延ロールの鏡面反射指数と冷間圧延率を変化させて冷延したときの冷延板の鏡面反射指数の結果を示す。
【図３】鏡面反射指数が３６．６の工業用純チタン板を中間焼鈍を挟んで、冷間圧延ロールの鏡面反射指数と冷間圧延率を変化させて冷延したときの冷延板の鏡面反射指数の結果を示す。
【図４】鏡面反射指数が８１．４のオーステナイト系ステンレス鋼板を、冷間圧延ロールの鏡面反射指数と冷間圧延率を変化させて冷延した後、光輝焼鈍を行なった板の鏡面反射指数の結果を示す。
【図５】鏡面反射指数が２１８．２の工業用純チタン板を中間焼鈍を挟んで、冷間圧延ロールの鏡面反射指数と冷間圧延率を変化させて冷延したときの冷延板の鏡面反射指数の結果を示す。

Claims (3)

1. 冷間圧延前の素材の鏡面反射指数ｎ_ｉ及び冷間圧延率Ｒ（％）とで次 式
   ｎ_Ｒ＝［３０−０．０１Ｒ−（０．９５^Ｒ）ｎ_ｉ］／（１−０．９５^Ｒ）
   で決定されるｎ_Ｒに対し、冷間圧延ロールの鏡面反射指数を、ｎ_Ｒを超える鏡面反射指数とすることを特徴とする、表面の鏡面反射指数が３０超の鏡面反射性に優れたチタンあるいはステンレス鋼からなる建築用薄板製造用冷間圧延ロールの鏡面反射性管理方法。
2. 請求項１に記載の冷間圧延ロールの鏡面反射性管理方法により管理された冷間圧延ロールにより冷間圧延することを特徴とする、表面の鏡面反射指数が３０超の鏡面反射性に優れたチタンあるいはステンレス鋼からなる建築用薄板の製造方法。
3. 冷間圧延した後に、真空焼鈍もしくは不活性ガス中で焼鈍することを特徴とする、請求項２に記載の表面の鏡面反射指数が３０超の鏡面反射性に優れたチタンあるいはステンレス鋼からなる建築用薄板の製造方法。

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